山東半島城市群空間結(jié)構(gòu)演化的大氣環(huán)境效應(yīng)研究

彭夢杰 柳力瑋 周毓文 劉曉莉

摘要：在城市群發(fā)展進程中，其空間結(jié)構(gòu)演化帶來的大氣環(huán)境效應(yīng)受到廣泛的關(guān)注。以中心度、集散度、空間緊湊度和交通通達度為城市群空間結(jié)構(gòu)的研究維度，以二氧化硫排放量為大氣環(huán)境的研究指標，借助SPSS軟件，對城市群空間結(jié)構(gòu)的研究維度與二氧化硫排放量進行相關(guān)分析和回歸分析。研究發(fā)現(xiàn)：城市群多中心化、城市群空間緊湊度及交通通達度與大氣環(huán)境質(zhì)量存在顯著的正向相關(guān)關(guān)系，而城市群的集散度對大氣環(huán)境質(zhì)量有著顯著的負向影響。

關(guān)鍵詞：山東半島城市群;空間結(jié)構(gòu);大氣環(huán)境

中圖分類號：X321 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）05-000-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.05.004

Study on the atmospheric environmental effect of the spatial structure evolution of Shandong peninsula urban agglomeration

Peng Mengjie，Liu Liwei，Zhou Yuwen，Liu Xiaoli

（School of Geography and Environment，Shandong Normal University，Jinan Shandong 250358，China）

Abstract：During the development of urban agglomerations， the atmospheric environment effect brought by the evolution of its spatial structure has been widely concerned.Taking centrality， distribution， space compactness，and traffic accessibility as the research dimensions of the urban agglomeration spatial structure，and using sulfur dioxide emissions as the research indicators of the atmospheric environment，with the help of SPSS software， the research dimensions of the urban agglomeration spatial structure and sulfur dioxide emissions perform correlation analysis and regression analysis.The study found that the urban agglomeration， space compactness，and traffic accessibility have significant positive correlations with the atmospheric environmental quality， while the urban agglomeration degree has a significant negative impact on the atmospheric environmental quality.

Key words：Shandong peninsula urban agglomeration;Spatial structure;Atmospheric environment

城市群的空間結(jié)構(gòu)是經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、社會結(jié)構(gòu)、規(guī)模結(jié)構(gòu)等組合結(jié)構(gòu)在空間上的表現(xiàn)形式，城市群的空間結(jié)構(gòu)隨著城市群的發(fā)展而變化，因此研究城市群的空間結(jié)構(gòu)是研究城市群發(fā)展狀況的重要切入點和研究領(lǐng)域。國內(nèi)關(guān)于城市群空間結(jié)構(gòu)的研究始于陸大道提出的“點-軸”模式[1]。隨著我國城市化進程的快速發(fā)展以及對城市群發(fā)展的關(guān)注，近年來，學者們多從定性和定量兩方面研究城市群空間結(jié)構(gòu)的演化[2]。韋亞平和趙民從定性方面，分析了形成“多中心”空間結(jié)構(gòu)的必要條件和空間結(jié)構(gòu)的績效測度方法[3]。在定量方面，陳睿建立了城市群空間結(jié)構(gòu)測度的綜合指標體系，為都市圈的空間規(guī)劃與調(diào)控以及政策制定提供了理論和經(jīng)驗依據(jù)[4]。近幾年，越來越多的學者借助GIS等相關(guān)平臺，對城市結(jié)構(gòu)進行測度。鄧棋、羅丹等運用統(tǒng)計分析與GIS分析方法，從人口空間結(jié)構(gòu)、城市規(guī)模分布、交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟空間結(jié)構(gòu)四個方面測度城市群空間結(jié)構(gòu)[5]。

大氣環(huán)境的質(zhì)量影響著人類生活的方方面面。大氣污染物濃度的增加會影響人們身體健康，提高呼吸系統(tǒng)疾病的死亡率[6]。同時大氣環(huán)境質(zhì)量的下降，也會增加健康經(jīng)濟損失和環(huán)境經(jīng)濟損失[7]。并且人類活動對大氣環(huán)境同樣產(chǎn)生影響，例如生態(tài)文明建設(shè)可以包括生態(tài)經(jīng)濟文明建設(shè)、生態(tài)社會文明建設(shè)、生態(tài)環(huán)境文明建設(shè)，生態(tài)經(jīng)濟文明和生態(tài)環(huán)境文明可以使碳排放強度降低，生態(tài)社會文明在一定程度上可以提高碳排放強度[8]。因此，可以把人類活動和大氣環(huán)境之間的相互作用納入人地系統(tǒng)的框架下進行綜合分析，把人類活動和大氣環(huán)境之間的關(guān)系視為一個特殊的子系統(tǒng)[9]。

目前，大多數(shù)城市群空間結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究主要集中在測度空間結(jié)構(gòu)的方法、技術(shù)與演化過程方面，而在城市群空間演化過程對大氣環(huán)境的影響方面的研究比較欠缺。本文就山東半島城市群空間結(jié)構(gòu)演化的大氣環(huán)境效應(yīng)展開研究，分析城市群空間演化對大氣環(huán)境的作用機制，以期增加此方面的研究內(nèi)容，為城市群大氣環(huán)境質(zhì)量的提高提供空間結(jié)構(gòu)方面的理論支撐。

1 研究方法

以中心度、集散度、空間緊湊度和交通通達度作為城市群空間結(jié)構(gòu)演化的研究維度，以二氧化硫排放量作為大氣環(huán)境研究指標，運用SPSS對空間結(jié)構(gòu)演化的四個維度分別與二氧化硫排放量進行相關(guān)分析與回歸分析，得出城市群中心度、集散度、空間緊湊度和交通通達度四個維度與二氧化硫排放量之間的因果關(guān)系，并對其影響機理進行分析，以實現(xiàn)2001-2017年山東半島城市群空間結(jié)構(gòu)演化對大氣環(huán)境效應(yīng)研究。文章中所采用的數(shù)據(jù)來源于相關(guān)社會經(jīng)濟統(tǒng)計資料，主要包括山東省17地市的社會經(jīng)濟統(tǒng)計資料和統(tǒng)計年鑒。

2 結(jié)果與分析

2.1 中心度的影響

中心度為我們測度城市群空間結(jié)構(gòu)提供了新的維度，城市群的中心度作為衡量城市群空間結(jié)構(gòu)的一個重要指標，對大氣環(huán)境效應(yīng)的測定具有重要意義。對城市多中心指數(shù)和二氧化硫排放量進行相關(guān)分析，具體結(jié)果如表1所示。其中得出雙側(cè)檢驗中顯著性P=0.043，小于0.05，相關(guān)系數(shù)r= -0.4963，說明城市群多中心指數(shù)與二氧化硫排放量存在比較顯著的負向相關(guān)關(guān)系。

由此再對山東半島城市群2001-2017年城市群多中心指數(shù)與二氧化硫排放量進行回歸分析，其中城市群多中心指數(shù)為自變量，二氧化硫排放量為因變量，得出表2。據(jù)表2可知，在F檢驗中，顯著性水平小于0.05，回歸方程的存在是有意義的。得到回歸方程：y=808.3009-667.9340x，可以得出城市群多中心指數(shù)越大，二氧化硫排放量越小。在一定范圍內(nèi)，城市群空間結(jié)構(gòu)越趨于多中心化，大氣環(huán)境質(zhì)量越好。

由此可知，城市群內(nèi)部的人口和經(jīng)濟分布情況對大氣環(huán)境質(zhì)量有著顯著的影響。城市群內(nèi)部人口分布較為均勻，以二氧化硫為代表的大氣污染物排放量則會相對偏低。區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展多中心化的過程，也是產(chǎn)業(yè)布局多中心化和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的過程。隨著產(chǎn)業(yè)布局和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化調(diào)整，大氣環(huán)境污染物的排放量呈下降趨勢，大氣環(huán)境質(zhì)量有所改善。因此，城市群空間結(jié)構(gòu)多中心化對大氣環(huán)境質(zhì)量有著較為顯著的正向影響。

2.2 集散度的影響

從表3可得，2001-2017年，山東半島城市群人口集散度和二氧化硫排放量的相關(guān)性系數(shù)為0.707，為正相關(guān)。且二者的顯著性為0.002，小于0.01，說明二者在0.01的水平上顯著，即山東半島城市群人口集散度和二氧化硫排放量有顯著的相關(guān)性。

2001-2017年山東半島城市群的人口集散度與二氧化硫排放量呈現(xiàn)出“S”形曲線變化，整體上，人口分散分布會在一定程度上導(dǎo)致大氣污染的加劇。之后以集散度為自變量，二氧化硫排放量為因變量，對兩者進行曲線估算，從表4中可得，二次和三次函數(shù)的R2同樣高，高達0.778，趨近于1，說明二次和三次曲線的擬合效果較好。同時，Sig為0，說明顯著程度高。因此選擇二次函數(shù)進行非線性回歸分析，最終得到下式：S=-3576.3P2+4672.6-1340.8。

二氧化硫的污染源主要包括含硫燃料（煤、石油等）的燃燒、含硫礦石的冶煉、化工和硫酸廠等的生產(chǎn)過程，主要表現(xiàn)為工業(yè)來源的污染。而人口和經(jīng)濟活動的集聚會對單位國民生產(chǎn)總值的工業(yè)污染排放起到顯著的抑制作用[10]，因此人口的集聚對大氣污染具有緩和的作用。2001-2017年，山東半島城市群的人口正在由分散分布逐漸趨向集聚分布，這在一定程度上會對城市群二氧化硫的排放量起到抑制作用。但是，隨著人口集聚程度的提高，最終也會出現(xiàn)集聚污染，導(dǎo)致大氣污染的加劇，因此說明城市群的人口集聚水平應(yīng)該保持適度的水平。

2.3 空間緊湊度的影響

城市群空間緊湊度作為城市群空間結(jié)構(gòu)演變中一個重要的衡量指標，對于研究城市群空間結(jié)構(gòu)演化帶來的大氣環(huán)境效應(yīng)具有重要作用，具體表現(xiàn)為對具體大氣指標的影響。

運用SPSS軟件對2001-2017年山東半島城市群空間緊湊度與二氧化硫排放量數(shù)據(jù)進行相關(guān)分析，如表5所示，得出雙側(cè)檢驗中顯著性P=0.002，明顯小于0.01，相關(guān)系數(shù)r=-0.695，城市群空間緊湊度與二氧化硫排放量存在顯著的負向相關(guān)關(guān)系。對曲線估計結(jié)果分析可得，當建立二次模型時，R2存在最大值為0.665。因此對2001-2017年山東半島城市群空間緊湊度與二氧化硫排放量進行非線性回歸分析，在3次模型評估和2次導(dǎo)數(shù)評估之后，系統(tǒng)停止運行，得到最優(yōu)解，得出非線性模型表達式為Y=-982.467+165.988t-5.888t2。

山東半島城市群空間緊湊度總體處于增長階段，其中經(jīng)濟、人口和交通等因素對其重要影響。隨著人口的不斷增長，人口密度在不斷上升，同時也促進了城鎮(zhèn)的進一步發(fā)展，使得城鎮(zhèn)密度得到提升。樸珠希在研究中指出，隨著人口密度增加，機動車平均交通能耗以及人均機動車保有量皆有所減少[11]。山東半島城市群公共交通等基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施在不斷完善，對于大氣環(huán)境的改善存在影響，同時由于經(jīng)濟的快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)部門進行規(guī)劃調(diào)整，大氣污染物排放量受到管控，有所下降。

2.4交通通達度的影響

將鐵路通車里程r、公路通車里程m和內(nèi)河通航里程l求和與山東省的面積S的比值的值，即山東省歷年的交通通達度T。將得出的數(shù)據(jù)與相應(yīng)年的二氧化硫的排放量利用SPSS進行相關(guān)分析，在二者呈顯著相關(guān)的基礎(chǔ)上，進行回歸分析，研究城市群空間結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化程度與大氣環(huán)境質(zhì)量的作用機理。

在SPSS中對數(shù)據(jù)進行曲線估算發(fā)現(xiàn)，二次模型的擬合程度較其他模型來說較好，由于在線性變換過程可能會使原模型失去殘差平方和最小的意義，因此對其進行優(yōu)化，在經(jīng)過四次模型迭代過程后，殘差平方和已有了較大改善，縮小為4287.483，如表6。

根據(jù)表7，可以得出城市群空間結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化程度與大氣環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系如下：Y=-119787.032X2+12370.985X-134.355。

隨著交通通達度的提高，大氣環(huán)境污染指數(shù)呈明顯的下降趨勢。近年來，山東省的交通網(wǎng)絡(luò)逐步完善，交通通達度顯著提高，根據(jù)上述數(shù)據(jù)可知，2017年的交通通達度的數(shù)值是2001年的兩倍。在鐵路運輸方面，山東省“一環(huán)雙核”高速鐵路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日益完善，不但使得城市間連通性持續(xù)增強，而且高鐵所具有的高效新能源利用率和“以電代油”的環(huán)保優(yōu)勢[12]，一定程度上減少了交通運輸過程對于空氣的污染。就公路建設(shè)方面來說，當下交通堵塞已經(jīng)成為嚴重的城市頑疾，既浪費大量的時間和金錢，降低整個社會效率，增加能源消耗，又加重空氣污染[13]，目前，山東省基本實現(xiàn)鄉(xiāng)村公路發(fā)展規(guī)模、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、保障水平位居全國前列[14]。同時，交通擁堵問題得到有效治理，公共交通和新能源汽車得到大力推廣，使得山東半島城市群在私家車保有量日益增多的情況下，空氣質(zhì)量仍可以得到較好的保障。

3 總結(jié)

通過研究山東半島城市群2001-2017年空間結(jié)構(gòu)演化對大氣環(huán)境產(chǎn)生的效應(yīng)，對城市群空間演化對大氣環(huán)境的影響及其作用機制進行分析，為山東半島城市群大氣環(huán)境整治策略的提出與制定提供參考依據(jù)與研究基礎(chǔ)，為山東半島城市群發(fā)展戰(zhàn)略的制定提供指導(dǎo)借鑒。

本文從中心度、集散度、空間緊湊度和交通通達度四個維度對山東半島城市群空間結(jié)構(gòu)進行綜合測度，分析各維度對于大氣環(huán)境的影響，數(shù)據(jù)研究表明：2001-2017年，山東半島城市群空間結(jié)構(gòu)多中心化的過程中伴隨著產(chǎn)業(yè)布局的多中心化和產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，有利于改善大氣環(huán)境，實現(xiàn)人與自然可持續(xù)發(fā)展;城市群空間緊湊度增強提升了資源利用效益，實現(xiàn)區(qū)域聯(lián)合管控，有利于降低污染物排放量，大氣質(zhì)量趨于好轉(zhuǎn);交通網(wǎng)絡(luò)的完善與新能源交通的開發(fā)利用，交通污染減少使得大氣污染物排放量下降，大氣環(huán)境質(zhì)量得到保障。人口分布愈分散，大氣污染愈嚴重，適度的人口集聚使大氣環(huán)境得到改善，但隨著山東半島城市群人口集聚程度的提高，將會出現(xiàn)集聚污染，加劇大氣污染，大氣環(huán)境質(zhì)量有所下降。

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收稿日期：2020-03-16

基金項目：大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目：山東半島城市群空間結(jié)構(gòu)演化的大氣環(huán)境效應(yīng)研究（201910445062）

作者簡介：彭夢杰（1998-），女，漢族，本科學歷。